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毕业设计说明书

安徽机电职业技术学院

毕业设计（论文）

题目：

过滤网塑胶模模具设计

系别机械工程系

专业模具设计与制造

班级模具3112

姓名李茂旭

学号1202113024

2013～2014学年第一学期

前言………………………………………………………………4

第1章塑件工艺分析……………………………………………5

第1.1节塑件分析…………………………………………………………5

第1.2节过滤网原料（ABS）的物料性能、成型性能与工艺参数…………………………………………………………………………………6

第2章注塑设备选择……………………………………………9

第2.1节估算塑件体积……………………………………………………9

第2.2节选择注射机………………………………………………………10

第3章浇注系统的设计…………………………………………11

第3.1节主流道设计………………………………………………………10

第3.2节分流道设计………………………………………………………11

第3.3节冷料井设计………………………………………………………12

第4章成型零件的设计与计算…………………………………16

第4.1节型腔的径向尺寸与深度…………………………………………16

第4.2节型芯的径向尺寸与深度…………………………………………16

第4.3节模具型腔侧壁和底板厚度的计算………………………………17

第5章合模导向机构设计………………………………………18

第5.1节导向与定位机构设计……………………………………………18

第6章脱模机构设计……………………………………………19

第6.1节脱模机构设计……………………………………………………19

第7章注塑机参数校核…………………………………………20

第7.1节最大注塑压力校核………………………………………………20

第7.2节最大注塑量校核…………………………………………………20

第7.3节锁模力校核………………………………………………………21

第7.4节模具与注射机安装相关部分尺寸校核…………………………21

第8章温度调节系统的设计……………………………………22

第8.1节模具加热系统的设计……………………………………………22

第8.2节模具冷却系统的设计……………………………………………22

第9章模具的装配………………………………………………23

第9.1节模具的装配程序…………………………………………………23

第10章安装与试模………………………………………………24

第11章模具的估价………………………………………………28

设计总结………………………………………………………………30

致谢………………………………………………………………31

参考文献………………………………………………………………32

前言

模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。

作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上被称为“工业之母”，对国民经济发展起着不容质疑的作用。

模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；德国则认为是所有工业中的“关键工业”；日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力”。

在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。

塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。

塑料工业是一门新兴工业。

自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。

随着模具工业的不断进步，模具成型周期也在不断的缩短。

现在各种模具设计软件已经相当普及，大大缩短了制造与设计的时间。

此次设计中我主要用到了UG.Pro-E.CAD.MOLDFLOW.

塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。

用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。

塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。

随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。

第1章塑件工艺分析

第1.1节塑件分析

该塑件是一个圆柱形过滤网，如上图所示2D/3D，塑件均匀壁厚为2mm，如果按照上图所示产品局部不利于脱模，又因此过滤网对尺寸要求不高，实际中只是一个配件而已，所以人为的把不利于脱模的部位做了3度的拔模角。

第1.2节分型面的确定

根据分型面的选择原则

（1）便于塑件脱模，取最大截面处。

（2）确保塑件质量，不选择塑件的光滑外表面。

（3）塑件尽量留在动模一侧。

考虑塑件结构形式，分型面选择在圆柱的最大轮廓线上。

内部做了一个圆柱为了侧抽。

如上图所示过滤网的侧抽芯距离为122mm，而且斜导柱的最大抽芯距在50mm以内比较安全。

综上考虑产品上下分模，并做了一个液压侧抽芯。

第1.3节型腔数量及模具结构形式的确定

由于塑件为薄壁塑件，并且尺寸较大，所以选用一模两腔的结构形式，采用侧浇口，这样模具比较简单。

第1.4节塑件材料的分析

根据上述产品说明，本次设计所选用塑件材料为ABS，材料ABS是丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物。

这三种组分各自的特性，使ABS具有良好综合力学性能。

丙烯晴使ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性。

ABS属于热塑性塑料，外观为粒状或粉状,呈微黄色,不透明但成型的塑件具有较好的光泽。

ABS无毒，无味。

密度1.02～1.05g/cm3成型温度范围（180℃--240℃）,成型时有较好的流动性。

ABS材料具有较高的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降（抗寒性）；有良好的的机械强度和一定的耐磨性，耐油性，化学稳定性和电气性能。

ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，且易着色。

ABS几乎不受酸、碱、盐、及水和无机化盐的影响，溶于酮、醛、酯、氯代烃中，不溶于大部份醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。

ABS塑料表面不可接触受冰醋酸，植物油等化学药品，否则会引起应力开裂。

此外，ABS的缺点是耐热性不高，低介电强度，低拉伸率，热变形温度为93℃，脆化温度为-27℃,使用的温度范围为-40℃～100℃，而且ABS的耐气候性也差，紫外线作用下容易氧化降解，从而会导致制件变硬发脆。

成型工艺性很好，可以注射成型。

附表1—1ABS材料性能、工艺参数表

密度

1.05

拉伸强度

33～49

收缩率

0.003～0.008

拉伸弹性模量

1.8

熔点

130～160

弯曲强度

80

热变形

温度（45N/cm2）

65～98℃

弯曲弹性模量

1.4

压缩强度

18～39

模具温度

25～70℃

缺口冲击强度

11～20

喷嘴温度

180～190℃

硬度

R62～86

中段温度

210～230℃

外观

微黄色或白色不透明

后段温度

200～220℃

吸水率

0.05～0.5

干燥温度

80～90℃

特点

耐热、表面硬度高，尺寸稳定、耐化学、易成型加工，可渡鉻

注射压力

70～100MPa

塑化形式

螺杆式柱塞式

干燥时间

2H

保压压力

30-80MPa

背压压力

3-20MPa

比重

1.05

注塑时间

3-5s

保压时间

10-30s

第2章注塑设备选择

第2.1节注射量的计算

通过Pro/E建模分析，单个塑件体积V1为10cm3

塑件质量

取1.03

流道凝料的质量

注射量

第2.2节塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算

塑件在分型面上的投影面积

流道凝料在分型面上的投影面积

所以

所需锁模力

F—--合模力

K-----安全系数，一般取1~~1.2

A------产品在分型面上的投影面积cm2

P------模腔的内压力MPa（网上查ABS模腔的平均内压力为30MPa）

式中型腔压力

查表取30

。

第2.3节选择注射机

根据每个生产周期的注射量和锁模力的计算值，注射机型号为XS-Z30/25立式注射机，主要技术参数见表

第3章浇注系统的设计

浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴所组成。

由课程设计任务，我们选择侧浇口浇注。

取分型面在水杯口处，浇口在水杯口。

主流道是一端与注射机喷嘴相接触，可看作是喷嘴的通道在模具中的延续，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。

第3.1节主流道设计

主流道与注射机喷嘴在同一轴心线上。

在卧式或立式注射机用模具中，主流道垂直于分型面。

主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。

主流道的尺寸直接影响到熔体的流速和冲模时间。

另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的交口套。

（1）主流道长度

为减少塑料熔体冲模时的压力损失和塑料损耗，应尽量缩短主流道的长度，此次设计根据A板和定模座板的厚度确定。

为减小料流转向时的阻力，主流道的出口端应做成圆角，圆角半径r=0.5～1mm，主流道的出口端应与定模分型面齐平，以免出现溢料。

（2）主流道小端直径

主流道小端直径d=注射机喷嘴直径+（0.5～1）mm

=3+（0.5～1）mm=（3+0.5）=3.5mm

（3）主流道大端直径

主流道大端直径根据锥角和主流道的长度自然确定

（4）主流道锥度

主流道锥角一般应在2°～6°，取α=2°，

（5）主流道的球半径

主流道的球半径SR=喷嘴球半径+（1～2）mm

=15+（1～2）mm=16mm

（6）球面配合高度

球面配合高度h为3～8取3mm。

本制品主流道的结构形式如图所示

。

第3.2节分流道的设计

分流道是指主流道与浇口之间的通道。

其作用是使熔融塑料过渡和转向。

分流道设计要求：

一是使流道尽快充满型腔，在流道内的压力损失和热量损失小；二是将塑料熔体均衡的分配到各个型腔；三是回料量小。

本制品分流道的结构形式如图所示

（1）分流道的截面设计

常用的流道截面形状有圆形、梯形、U形、半圆形和矩形等，在设计中，要减少流道内的压力损失，就希望流道截面积大，要减少散热损失，又希望面积小，故可用流到的截面积与其周长之比（水力半径R）[8]来表示分流道的流道效率，其比值越大，表明流道的效率越高，也就表明流道和流道璧的接触少，阻力小，流通能力强，压力损失小，散热少。

但是考虑到实际加工和模具成本，所以为了加工方便本设计采用梯形流道。

（直接用梯形刀就可铣出。

）

第3.3节冷料穴及拉料杆的设计

冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。

其作用是捕集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。

冷料穴的直径宜大于主流道大端直径，深度约为主流道大端直径的1~1.5倍。

在遥控器外壳注塑模具设计中，采用底部带有Z形拉料杆的冷料穴。

在冷料穴底部有一Z形头拉料杆，由侧凹将主流道凝料钩住，开模时随塑件一起留在动模上。

脱模时拉料杆与推杆其推出机构配合使用，二者同步运动，拉料杆将浇注系统凝料推出模外。

形状如图所示。

第3.4节浇口的设计

浇口是指连接分流道和型腔的进料通道，它是浇注系统中截面尺寸最小且长度最短的部分。

浇口的作用表现为：

塑料熔体通过浇口时剪切速率增高，粘度降低，有利于充型；同时熔体的内摩擦加剧，使料流的温度升高、粘度降低，从而提高了塑料的流动性，有利于充型；另外在注射过程中，塑料充型后在浇口处及时凝固，防止熔体的倒流；成型后也便于塑件与整个浇注系统的分离。

浇口的尺寸过小会使压力损失增大，冷凝加快，补缩困难；浇口的尺寸过大，浇口周围产生过剩的残余应力，导致产品变形或破裂，且浇口的去除困难等。

一般来说，浇口位置选择要遵循以下原则：

（1）浇口位置的设置应使塑料熔体填充型腔的流程最短、料流变向最少。

（2）浇口位置的设置应有利于排气和补缩。

如果塑件壁厚相差较大，应将浇口设在厚壁处，有利于补缩，可避免缩孔、凹痕产生。

（3）浇口位置的设置应减少或避免产生熔接痕、提高熔接痕的强度。

熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位，它的存在会降低塑件的强度。

（4）浇口位置的选择要避免塑件变形。

（5）浇口位置的设置应避免引起熔体破裂。

（6）浇口位置的设置应防止型芯变形。

（7）浇口位置的设置应考虑塑件的外观。

浇口的种类分为:

直接浇口、侧浇口、点浇口、潜伏浇口、耳形浇口等。

该塑件要求不高，故采用侧浇口。

开设在模具的分型面上，去浇口方便，残留痕迹小；熔体流速高；翘曲变形比直接浇口小，其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正。

（1）侧浇口尺寸的确定

1）计算侧浇口的高度

根据《塑料注射模结构与设计》侧浇口的高度h计算公式得

h=nt=0.7×2=1.4mm

式中t是塑件的厚度；

n是塑料成型系数，对于ABS材料，其成型系数n=0.7。

在工厂进行设计时，浇口深度常常先取小值，以便今后在试模的时候可以调整，并根据《塑料注射模结构与设计》中推荐的PP侧浇口的高度为1.2～1.4mm，故此处的深度取1.3mm。

2）计算侧浇口的宽度

B=

=2.9mm≈3mm

其公式中:

A为凹模内表面的面积A=15579.2mm2

n是塑料成型系数，对于ABS其n=0.7

3）侧浇口的长度计算

根据《塑料注射模结构与设计》可得侧浇口的长度

一般选用0.5～2mm，这里取1mm。

浇口如图所示

塑件公差表

第4章成型零件的设计与计算

第4.1节型腔的径向尺寸与深度

塑件为一般等级精度，取六级精度。

ABS的平均收缩率为0.4%=0.0004

查得塑件公差如上：

∅33相应的制品公差

=0.52

∅29相应的制品公差

=0.48

122相应的制品公差

=1.1

根据入体原则，塑件外部径向尺寸的转换如下：

O1=∅33

mm；O2=∅29

mmH=121

mm

根据以下公式计算凹模的径向尺寸

OM=[（1+Sc）Ls-xΔ]0+δz式（3.2）

塑件的平均收缩率Sc为：

=1.75%。

X—是系数，一般在0.5到0.8之间，此处取0.6[7]。

—是塑件上相应尺寸的公差。

—塑件上相应的尺寸制造公差，中小型塑件

=

。

代入数值有

Om1=[（1+Sc）Ls1-xΔ1]0+δz1=[（1+0.0175）×33-0.6×0.64]0+0.16mm

=33.750+0.16mm

Om2=[（1+Sc）Ls2-xΔ2]0+δz2=[（1+0.0175）×29-0.6×0.56]0+0.14mm

=29.540+0.14mm

Hm=[（1+Sc）Ls3-xΔ3]0+δz3=[（1+0.005）×122-0.6×0.67]0+0.17mm

=121.910+0.17mm

第4.2节型腔的径向尺寸与深度

第4.3节因为塑件是圆筒形，上下对称。

所以型腔的径向尺寸与长度与芯的径向尺寸与长度相同。

第4.4节模具型腔侧壁和底板厚度的计

根据经验数据法

凹模侧壁厚取30mm左右，实际中取了29.5mm。

底板厚度取33/2+30~40=50mm左右。

实际取了46.5mm。

第5章

合模导向机构设计

第5.1节导向与定位机构设计

注射模合模导向机构，主要用来保证动模和定模两大部分或模内其他零件之间的准确配合和可靠地分开，以避免模内各零件发生碰撞和干涉，并确保塑件的形状和尺寸精度。

合模导向机构的主要形式有导柱导向和定位两种。

导向机构设计原则

（1）导柱应合理均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。

为了确保动模和定模只能按一个方向合模，导柱的布置方式常采用等直径导柱的不对称布置或不等直径的对称布置方式。

（2）导柱一般设在有型芯的一侧，可以保护型芯不受损坏；导柱设在定模一侧，便于塑件脱模。

对于脱模机构为推板推出的模具，有推板的一侧一定要设有导柱。

对于点浇口三版模、斜导柱和滑块均在定模的侧向抽芯模具，导柱一般设在定模一侧。

（3）导柱长度应比凸模端面的高度高出6～8mm[10]，以保证在导柱伸入到导套后型芯才进入型腔，从而避免型芯与型腔发生碰撞；对于脱模机构为推板推出的模具，导柱长度应大于推板的推出距离，以保证推板在推出塑件的过程中始终处于被导向状态。

（4）为使导柱能顺利进入导套，导柱端面应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角。

（6）导柱直径按模具尺寸选取，选取时参考国内外注射模架标准数据。

第6章脱模机构设计

从模具中推出塑件及浇注系统凝料的机构成为脱模机构或推出机构，又称顶出机构。

此次设计采用推板推出。

第6.1节脱模机构的分类

按驱动方式分：

可分为手动脱模机构、机动脱模机构、液压脱模机构和气动脱模机构。

按模具结构分：

可分为简单脱模机构、二次脱模机构、双脱模机构、带螺纹塑件的脱模机构和浇注系统自动切断脱模机构。

第6.2节脱模机构的设计原则

（1）塑件滞留于动模模具开启后应使塑件及浇口凝料滞留在带有脱模机构的动模上，以便塑件在脱模机构的作用下脱出塑件。

（2）保证塑件不变形损坏这是脱模机构基本的要求，首先要正确分析塑件对凹模或型芯的附着力的大小以及所在的部位，有针对性的选择合适的脱模方法和脱模位置，使推出重心和脱模阻力中心相重合，型芯由于塑料收缩时对其包紧力最大，因此推出点应该要靠近型芯，推出力应该在塑件刚度和强度最好处，作用面应尽可能要大一些。

（3）力求良好的塑件外观推出塑件的位置应该尽量在塑件的内部或者在不影响塑件外观质量的地方，在采用推杆时尤其要注意这个问题。

（4）脱模机构应尽量简单可靠，有合适的推出距离（过大会加剧模具的磨损，过小则塑件不能脱模）。

（5）合模时能正确复位。

第7章注塑机参数校核

第7.1节最大注塑压力校核

注射压力校核的目的是校验注射机的最大注射压力能否满足塑料制品成型的需求。

为此，注射机的最大注射压力应稍大于塑料制品成型所需的注射压力。

注射机的最大注射压力，根据所选注射机

=116Mpa；

塑料制品成型时所需的注射压力，它由注射机类型、喷嘴形式、塑料流动性、浇注系统及型腔的流动阻力等因素确定，一般取

。

值位于

值之间，且相差不大，故最大注射压力应满足要求。

第7.2节最大注塑量校核

为了保证注射成型的正常运行，塑件连同浇道凝料及飞边在内的质量一般不应超过最大注射量的80%，根据以下公式，即

K1VZ≥V1

注射机最大注射量的利用系数，一般取

=0.8；

注射机最大注射量（公称容积），

=30cm3；

所需塑料的容积（包括浇道凝料及飞边在内）；

因塑料的体积与压缩率有关，所以所需塑料体积为

式中，

塑料的压缩率，查《模具设计》可知ABS塑料的压缩率为（1.92—1.96），这里取平均值1.94；

塑料制品的体积（包括浇道凝料及飞边在内），

=20.06cm3；

将上述数值分别带入上面两式，可以得知

=0.8×125=100cm3

=1.9×20.06=38.114cm3

不满足注射机的最大注射量的要求。

所以需选取xs-z60较合适。

第7.3节锁模力校核

锁模力又称合模力。

当熔体充满型腔时，注射压力在型腔内所产生的作用力是试图使模具沿分型面分开，为此注射机的合模力必须大于型腔内熔体压力与塑料制品及浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积，根据以下公式，得

式（4.4）式中，

k—安全系数，常取1.1～1.2，这里取1.2；

—型腔内熔体的平均压力，对于容易成型的制品abs取约为注塑力的25%；

—注射机的公称锁模力，

=500

；

—塑料制品及浇注系统在分型面上的投影面积之和，

=3830

将上述数据带入式中得

=

=369.39KN

=500KN

故锁模力满足要求。

第7.4节模具与注射机安装相关部分尺寸校核

注射机规定最大与最小厚度是指模板闭合后达到规定锁模力时动模固定板上凸出的定位圈和定模固定板的最大和最小距离。

模具的高度尺寸H=A+B+C+100=281，250mm<281mm<=300mm（模具的最大厚度和最小厚度）。

故模具的厚度满足要求。

第8章温度调节系统的设计

第8.1节模具加热系统的设计

一般生产ABS材料塑性的注射模具不需要外加热，由于塑件不是很大，所以无需设计加热系统。

第8.1节模具冷却系统的设计

模具的冷却分为两部分，一部分是型腔的冷却，另一部分是型芯的冷却。

由于注塑件的平均壁厚溥，产品的尺寸较大。

主要热量的分布浇注口与产品表面上。

凹模仁为矩型，采用在凹模仁里单独跑两条水路，冷却非常均匀，冷却效果较好。

如图所示

第9章模具的装配

第9.1节模具的装配程序

1）.前模

2）后模

3）

，

第10章安装与试模

1、安装

模具的安装是指将模具从制造地点运至注射机所在地，并安装在指定注射机的全过程。

（一）、模具安装在注射机上要注意以下几方面：

A、模具的安装方位要满足设计图样的要求。

B、模具中的侧抽芯结构，尽量使其运动方向为水平方向。

模具在注射机上的固定采用螺钉，压板的形式，如图5-3所示。

每侧6块压板，对称布置。

图5-3模具固定

1－压板2－螺钉3－模具4－注射机安装板

（二）、模具安装于注射机上之后，要进行空循环调整。

其目的在于检验模具上各运动机构是否可靠、灵活，定位装置是否能够有效作用。

要注意以下方面：

A、合模后分型面不得有间隙，要有足够的合模力。

、

B、活动型芯、推出及导向部位运动及滑动要平稳、无干涉现象，定位要正确可靠。

C、开模时，推出要平稳，保证将塑件及浇注系统凝料推出模具。

D、冷却水要畅通，不漏水，阀门控制正常。

2、试模

模具安装调试后既可以进行试模

1、加入原料

原料的品种、规格、牌号应符合产品图样中的要求，成形性能应符合相关标准的规定。

原料一般要预先进行干燥。

2、调整设备

按照工艺条件要求调整注射压力60～100、成形时间50S、成形温度等工艺参数。

3、试模

将模具安装在注射机上，选用合格的原料，根据推荐的工艺参数调整好注射机，采用手动操作。

开始注射时，首先采用低压、低温和较长的时间条件下成形。

如果型腔未充满，则增加注射时的压力。

在提高压力无效时，可以适当提高温